ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΒΙΟΓΕΩΧΗΜΙΚΩΝ ΙΕΡΓΑΣΙΩΝ ΣΤΟ ΟΙΚΟΣΥΣΤΗΜΑ ΠΑΡΑΚΤΙΑΣ ΛΙΜΝΟΘΑΛΑΣΣΑΣ Μ. Ζωϊδου & Γ. Συλαίος * Εργαστήριο Οικολογικής Μηχανικής & Τεχνολογίας Τµήµα Μηχανικών Περιβάλλοντος ηµοκρίτειο Πανεπιστήµιο Θράκης, Ξάνθη 6700 * Τηλ./Fax: 2540-79398, E-mail: gsylaios@env.duth.gr ΠΕΡΙΛΗΨΗ Αναπτύχθηκε ένα σύνθετο βιογεωχηµικό µαθηµατικό οµοίωµα στο υπολογιστικό περιβάλλον STELLA για να προσοµοιωθούν οι διεργασίες µιας παράκτιας λιµνοθάλασσας (Λ/Θ Ερατεινού Ν. Καβάλας. Προσοµοιώνεται η ηµερήσια µεταβολή για ένα πλήρες τυπικό έτος των συγκεντρώσεων εννέα µεταβλητών κατάστασης, οι οποίες είναι: ζωοπλαγκτόν, φυτοπλαγκτόν, αµµωνιακά άλατα, νιτρικά άλατα, φωσφορικά άλατα, οργανικό άζωτο, οργανικός φωσφόρος, βιοχηµικά απαιτούµενο οξυγόνο και διαλυµένο οξυγόνο. Απαιτούµενα δεδοµένα εισόδου για το βιογεωχηµικό µοντέλο είναι οι αρχικές συγκεντρώσεις των µεταβλητών κατάστασης κατά την έναρξη του οµοιώµατος (όπως προέκυψαν από δειγµατοληψίες πεδίου. Οριακές συνθήκες του οµοιώµατος είναι η µέση ηµερήσια µεταβολή της θερµοκρασίας νερού, της έντασης του ανέµου, και της προσπίπτουσας ηλιακής ακτινοβολίας. Τα αποτελέσµατα του οµοιώµατος πιστοποιήθηκαν µέσω της σύγκρισής τους µε δεδοµένα πεδίου, για επιλεγµένες µεταβλητές κατάστασης, καταδεικνύοντας την σχετικά υψηλή ακρίβεια της προσοµοίωσης. MODELLING BIOGEOCHEMICAL CYCLES IN A COASTAL LAGOON M. Zoidou & G. Sylaios * Laboratory of Ecological Engineering and Technology Department of Environmental Engineering, School of Engineering, Democritus University of Thrace, Xanthi 6700 * Tel./Fax: 2540-79398; E-mail: gsylaios@env.duth.gr ABSTRACT A biogeochemical model has been developed to simulate the biogeochemical processes of a coastal lagoon (Eratino lagoon, northern Greece, using the STELLA modeling language. The model simulates the evolution for a full typical year, in the concentrations of nine ecological state variables namely zooplankton, phytoplankton, ammonia, nitrate, orthophosphate, organic nitrogen, organic phosphorus, carbonaceous biochemical oxygen demand and dissolved oxygen. In situ data were used as initial conditions for the state variables while model boundary conditions involved the daily mean evolution of lagoon water temperature, wind speed and incident solar radiation intensity at the lagoon water surface. Model results were compared to field measurements for selected state variables depicting the relatively adequate accuracy of the simulation.
. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Οι παράκτιες λιµνοθάλασσες χαρακτηρίζονται ως πολύπλοκα οικοσυστήµατα τα οποία βρίσκονται σε εύθραυστη ισορροπία, από την οποία εύκολα αποκλίνουν κυρίως λόγω της υποβάθµισης του περιβάλλοντος, η οποία προκαλείται από υδρολογικές µεταβολές, ρύπανση και ανθρωπογενείς δραστηριότητες []. Ως αποτέλεσµα της θέσης τους ανάµεσα στην ξηρά και τη θάλασσα, χαρακτηρίζονται από µεγάλο εύρος διακύµανσης των φυσικών και χηµικών χαρακτηριστικών τους [2]. Οι λιµνοθάλασσες είναι από τα πλέον παραγωγικά οικοσυστήµατα µε µεγάλη οικολογική αξία. Επίσης αποτελούν περιοχές µε ιδιαίτερο οικονοµικό ενδιαφέρον κυρίως όσον αφορά την οικονοµική εκµετάλλευση των ιχθυοπαραγωγικών δυνατοτήτων τους. Όµως τα οικοσυστήµατα αυτά αντιµετωπίζουν σηµαντική υποβάθµιση, καθώς γίνονται αποδέκτες αποβλήτων αστικής, βιοµηχανικής και γεωργικής προέλευσης [3]. Αυτό έχει ως αποτέλεσµα τη διατάραξη της λειτουργίας των οικοσυστηµάτων η οποία επιφέρει αλλαγή στην τροφική κατάσταση των υδατικών συστηµάτων και ευνοεί την εµφάνιση ευτροφισµού και τη µείωση της αλιευτικής τους παραγωγής. Λόγω της σπουδαιότητας των λιµνοθαλασσών και την ύπαρξη παραγόντων που επηρεάζουν τη λειτουργία τους, είναι απαραίτητο για τη διαχείριση τους να αναπτυχθούν διαχειριστικά εργαλεία τα οποία λαµβάνουν υπόψη διάφορες σκοπιές. Ως διαχειριστικά εργαλεία µπορούν να χρησιµοποιηθούν τα βιογεωχηµικά οµοιώµατα τα οποία λαµβάνουν υπόψη διάφορους µηχανισµούς και σηµαντικές µεταβλητές του οικοσυστήµατος και µπορούν να συνδέσουν τις ανθρώπινες δραστηριότητες µε τη λειτουργία του οικοσυστήµατος [4]. Στην παρούσα εργασία αναπτύσσεται ένα µοντέλο για την µελέτη των διεργασιών που λαµβάνουν χώρα σε µια παράκτια λιµνοθάλασσα, το οποίο εφαρµόστηκε στη λιµνοθάλασσα Ερατεινού Ν. Καβάλας. 2. ΜΕΘΟ ΟΛΟΓΙΑ 2. ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΗΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΜΕΛΕΤΗΣ Η εφαρµογή του βιογεωχηµικού µοντέλου έγινε στη λιµνοθάλασσα Ερατεινού Ν. Καβάλας στη Βόρεια Ελλάδα. Πρόκειται για µια ρηχή και επιµήκη λιµνοθάλασσα, η οποία είναι µέρος ενός συστήµατος εννέα λιµνοθαλασσών, συνολικής επιφάνειας 7 km 2, που βρίσκεται στα δυτικά του έλτα του Νέστου (Σχήµα. Σχήµα : Χάρτης της λιµνοθάλασσας Ερατεινού στη Βόρεια Ελλάδα [5]. 2
Η λιµνοθάλασσα Ερατεινού έχει έκταση 3.5 km 2 µε µήκος περίπου 6 km, µέγιστο πλάτος.5 km, µέσο βάθος m και περίµετρο 7 km. Συνδέεται µε τη θάλασσα µέσω ενός στενού στοµίου πλάτους 40 m και βάθους 3 m. Το βόρειο τµήµα της ενώνεται µε φυσικό αβαθές κανάλι µήκους 2 km και πλάτους 50 km τµήµα της παλιάς δελταϊκής εκβολής του ποταµού Νέστου που τροφοδοτεί τη λεκάνη µε σηµαντικές ποσότητες υπόγειου γλυκού νερού [6]. 2.2 ΕΙΓΜΑΤΟΛΗΨΙΕΣ ΚΑΙ ΑΝΑΛΥΣΕΙΣ Μηνιαίες δειγµατοληψίες φυσικοχηµικών παραµέτρων και ποιότητας νερού έλαβαν χώρα σε 0 σταθµούς, καλύπτοντας όλη την υδάτινη έκταση, δηλ. το κανάλι εισόδου, τη κύρια λεκάνη της λιµνοθάλασσας και το στόµιό της, καθ όλο το έτος 2006. ηµιουργήθηκε βάση δεδοµένων µε τις τιµές των παραµέτρων: θερµοκρασία νερού, αλατότητα, ph και διαλυµένο οξυγόνο (φυσικοχηµικές παράµετροι, και συγκεντρώσεις θρεπτικών αλάτων (νιτρώδη, νιτρικά, αµµωνιακά, φωσφορικά, πυριτικά άλατα, ολικών αιωρούµενων στερεών και χλωροφύλλης-α (παράµετροι ποιότητας νερού. Συνοπτικά αποτελέσµατα των παραπάνω παραµέτρων δίνονται στο Πίνακα. Πίνακας. Στατιστική ανάλυση φυσικοχηµικών παραµέτρων και ποιότητας νερού στη Λιµνοθάλασσα Ερατεινό κατά το έτος 2006. Παράµε- Κανάλι Εισόδου Κύρια Λεκάνη Στόµιο τρος avg min max std avg min max std avg min max std Τ ( o C 9.3 7.0 3.2 8.0 8.6 4.8 32.0 8.6 8.2 6. 29.8 8.2 S (psu 5.5 5.0 2.7 6.9 8.3 0.0 26.2 5.6 22.5.7 30.4 6.7 DO 8.9 6..3 2.0 8.6 4.0.8 2.4 7.7 6.3 0.3.4 ph 8.9 7.68 8.54 0.23 8.4 8.03 8.76 0.23 8.4 8.0 8.7 0.25 NO 2 (mg-at l -.43 0.2 4.09.28 0.6 0.03 2.57 0.78 0.43 0.03.7 0.49 NO 3 (mg-at l - 23.6 0.2 86.6 25.6 7.0 0.3 28.9 9.3 5.9 0.2 33.3 0. NH 4 (mg-at l - 0.5 2.0 32.6.4 3.6 0.6 9.2 2.9 4.2 0.4 8.3 2.8 PO 4 (mg-at l - 8.4 4.3 6.3 3.0 5.3 2.2 9.6 2.6 4.7.5. 2.3 Si-SiO 2 (mg-at l - 2.8 66.3 80.9 30.4 84.0 37.3 56.9 35.9 62.9 34.6 07.6 25.2 Chl_a (mg l - 43.3 6.5 96.3 57.5 9.9 2.3 24.29 6.3 5.7 2.8 54.2 4.3 TSS (mg l - 2.5 6.9 50.3 4.0 24.6 9, 79.7 8. 24.9 3.6 76.3 6. 2.3 ΤΟ ΒΙΟΓΕΩΧΗΜΙΚΟ ΜΟΝΤΕΛΟ Το µοντέλο που αναπτύχθηκε [7] προσοµοιώνει τη µεταβολή εννέα µεταβλητών κατάστασης οι οποίες αλληλεπιδρούν µε τους βιογεωχηµικούς κύκλους του αζώτου, φωσφόρου, οξυγόνου και άνθρακα. Οι µεταβλητές κατάστασης είναι: οι συγκεντρώσεις ζωοπλαγκτόν (ZOO, φυτοπλαγκτόν (PHY, αµµωνιακά άλατα (NH3, νιτρικά άλατα (NOX, φωσφορικά άλατα (OPO4, οργανικό άζωτο (ON, οργανικός φωσφόρος (OP, βιολογικά απαιτούµενο οξυγόνο (CBOD και διαλυµένο οξυγόνο (DO. Απαιτούµενα δεδοµένα εισόδου για το βιογεωχηµικό µοντέλο είναι οι αρχικές συνθήκες των µεταβλητών κατάστασης κατά την έναρξη του οµοιώµατος (προέκυψαν από τις παραπάνω αναφερόµενες δειγµατοληψίες πεδίου. Οριακές συνθήκες του οµοιώµατος είναι η 3
µέση ηµερήσια µεταβολή της θερµοκρασίας νερού, της έντασης του ανέµου, και της προσπίπτουσας ηλιακής ακτινοβολίας. Η εφαρµογή προσοµοίωσε τις βιογεωχηµικές συνθήκες της λιµνοθάλασσας για ένα πλήρες, τυπικό έτος (από //2006 έως 3/2/2006. Η λεκάνη της λιµνοθάλασσας θεωρήθηκε ως ένα οµοιογενές κουτί εντός του οποίου λαµβάνουν χώρα σύνθετες βιογεωχηµικές διεργασίες επηρεαζόµενες από την επίδραση εισροών από τη παρακείµενη χερσαία ζώνη, τις ανταλλαγές µε την ανοικτή θάλασσα και τις µετεωρολογικές επιδράσεις Πίνακας 2. Μεταβλητές κατάστασης και εξισώσεις του µοντέλου. Εξισώσεις Περιγραφή S = Q( S Γενική εξίσωση t Q( PHY = GPP DPP GRZ ( Φυτοπλαγκτό Phy (mg C/l Q( ZOO GZ = DZ (2 Ζωοπλαγκτό Zoo (mg C/l Q( NH 3 Na lg ON Na lg 2 = + N (3 Αµµωνίκό άζωτο NH 3 (mg N/l Q( NOX = N NOa lg NT (4 Νιτρικό άζωτο NO X (mg N/l Q( ON = ONa lg ON (5 Οργανικό άζωτο ON (mg N/l Q( OPO4 = OPa lg+ OP OPa lg 2 (6 Ανόργανος φωσφόρος OPO4 (mg P/l Q( OP = OPa lg3 OP (7 Οργανικός φωσφόρος OP (mg P/l Q( = C OX NIT CBOD 2 (8 Ανθρακούχος βιολογική ζήτηση οξυγόνου CBOD (mg O 2 /l Q( DO DO DO2 DO3 DO4 OX SOD = + + N 2 (9 ιαλυµένο οξυγόνο DO (mg O 2 /l Πίνακας 3. Μαθηµατική έκφραση των µεταβλητών. Έκφραση των µεταβλητών Περιγραφή GPP= GP PHY (0 Ρυθµός ανάπτυξη DPP= DP PHY ( Ρυθµός θανάτου PHY Ρυθµός κατανάλωσης GRZ = KGRZ ZOO (2 PHY+ KPZ από το ζωοπλαγκτόν Ρυθµός ανάπτυξης µε ( 0 GP= L T T nut Llight K C K T (3 περιοριστικούς παράγοντες τα θρεπτικά και το φως DP KID = RES+ (4 Αναπνοή και ρυθµός θανάτωσης GZ EFF GRZ = (5 Ρυθµός ανάπτυξης ζωοπλαγκτού DZ = KDZ ZOO (6 Ρυθµός θανάτου ζωοπλαγκτού Zineff = ( EFF GRZ Ανεπάρκεια κατανάλωσης (7 Zsin k = Zineff + DZ (8 εξαµενή ζωοπλαγκτού N a lg = NC DPP ( FON Παραγωγή αµµωνίας λόγω θανάτου του (9 Na lg 2 = PN NC GPP Χρήση του αµµωνιακού αζώτου για την (20 ανάπτυξη του NOa lg = ( PN NC GPP Μείωση των νιτρικών λόγω της (2 πρόσληψής τους από το φυτοπλαγκτό Παραγωγή οργανικού αζώτου από τη ONalg = NC ( DPP FON+ Zsin k (22 θανάτωση και ζωοπλαγκτού ( T T0 DO N= KCnit KTnit NH3 ηµιουργία νιτρικών λόγω (23 K + DO νιτροποίησης ( T T0 NT = KCdenit KTdenit NOX K nit Kdenit + DO denit 4 (24 Απώλεια νιτρικών λόγω απονιτροποίηση
( T T0 Ανοργανοποίηση του οργανικού αζώτου ON= KNCmin KNTmin ON (25 ΟΝ ( T T0 Απώλειες οργανικού φωσφόρου ΟΡ, OP= KPCmin KPTmin OP (26 λόγω µετατροπής σε ανόργανη µορφή OPalg = PC DPP ( FOP Παραγωγή ανόργανου φωσφόρου από (27 το θάνατο OPa lg 2 = PC GPP Κατανάλωση ανόργανου φωσφόρου από (28 την ανάπτυξη Τροφοδότηση οργανικού φωσφόρου OPa lg3 = PC ( DPP FOP+ Zsin k (29 λόγω θανάτου του και ζωοπλαγκτού ( T DO T 0 OX = KDC KDT CBOD (30 Οξείδωση του CBOD KBOD + DO Πηγή CBOD από το θάνατο C = OC ( KID PHY + Zsin k (3 και ζωοπλαγκτού 5 32 Απώλεια CBOD λόγω της NT 2 = ( NT (32 4 4 απονιτροποίησης DO = KA ( Qsat DO (33 Όρος επαναερισµού Παραγωγή διαλυµένου οξυγόνου από DO2= PN GP PHY OC (34 το φυτοπλαγκτό που καταναλώνει αµµωνιακό άζωτο NC Ανάπτυξη που DO3 = ( PN GP PHY 32 ( +.5 (35 2 4 καταναλώνει νιτρικό άζωτο DO4= OC RES PHY (36 Όρος αναπνοής 64 Κατανάλωση οξυγόνου κατά τη N2 = ( N (37 4 νιτροποίηση NH3 NOX NH3 KN PN = + ( KN+ NH3( KN+ NOX ( NH3+ NOX ( KN+ NOX (38 Απαίτηση αµµωνίας ( T T0 RES = KRC KRT (39 Αναπνοή SOD ( T T0 SOD= SODT H (40 Βενθική ζήτηση οξυγόνου L = min( X, X 2 (4 nut NH3+ NOX X= KN+ NH3+ NOX (42 OPO4 X 2= ( KP / FOPO4 + OPO4 (43 I ( KE H 0 ( KE H ( ( I0 / Is e Llight = e e I (44 Περιοριστικός παράγοντας της παρουσίας των θρεπτικών αλάτων για την ανάπτυξη Το άζωτο ως περιοριστικός παράγοντας ανάπτυξης Ο φωσφόρος ως περιοριστικός παράγοντας ανάπτυξης Ο περιοριστικός παράγοντας του φωτός για την ανάπτυξη s 0.25 w = 0.24 e (45 Συντελεστής επαναερισµού 2 sat = 4.6244 0.367 + 0.0044972 KA Q T T 0.0966 S+ 0.00005 T S+ 0.0002739 S 2 (46 Συγκέντρωση κορεσµού διαλυµένου οξυγόνου Πίνακας 4. Τιµές των παραµέτρων, όπως προέκυψαν από τη βαθµονόµηση του οµοιώµατος. Παράµετροι Τιµή Περιγραφή KID day 0.2 Συντελεστής ρυθµού θανάτου KGRZ day.0 Συντελεστής ρυθµού κατανάλωσης από το ζωοπλαγκτό KPZ mg C l.2 Σταθερά ηµι-κορεσµού για την κατανάλωση KDZ day 0.6 Ρυθµός θανάτου ζωοπλαγκτού KC day 2.0 Μέγιστος ρυθµός ανάπτυξης 5
KT.07 Μέγιστος ρυθµός ανάπτυξης στους 20 ο C KN mg N l 0.05 Σταθερά ηµι-κορεσµού του αζώτου για την ανάπτυξη KP mg P l 0.0 Σταθερά ηµι-κορεσµού του φωσφόρου για την ανάπτυξη KC nit day 0.08 Συντελεστής ρυθµού νιτροποίησης KT nit.08 Συντελεστής ρυθµού νιτροποίησης στους 20 ο C K nit mg O 2 l 2.0 Σταθερά ηµι-κορεσµού για τη νιτροποίηση KC denit day 0.2 Ρυθµός απονιτροποίησης KT denit.045 Ρυθµός απονιτροποίησης στους 20 ο C K denit mg O 2 l 0.2 Σταθερά ηµι-κορεσµού για την απονιτροποίηση KNC min day 0.075 Ρυθµός ανοργανοποίησης του διαλυµένου οργανικού αζώτου KNT min.08 Ρυθµός ανοργανοποίησης του διαλυµένου οργανικού αζώτου στους 20 ο C KDC day 0.8 Ρυθµός αποξυγόνωσης KDT.047 Ρυθµός αποξυγόνωσης στους 20 ο C NC mg N mg C 0.5 Αναλογία αζώτου του προς άνθρακα PC mg P mg C 0.025 Αναλογία φωσφόρου προς άνθρακα OC mg O2 mg C 32/2 Αναλογία οξυγόνου προς άνθρακα EFF 0.5 Ποσοστό κατανάλωσης FON 0.5 Οργανικό κλάσµα αζώτου που προέρχεται από το θάνατο του FOP 0.5 Οργανικό κλάσµα φωσφόρου που προέρχεται από το θάνατο του FOPO4 0.9 Κλάσµα διαλυµένου ανόργανου φωσφόρου KPC min day 0.0004 Ρυθµός ανοργανοποίησης του οργανικού φωσφόρου KPT min.08 Ρυθµός ανοργανοποίησης του οργανικού φωσφόρου στους 20 ο C KBOD mg O2 mg C 0.5 Σταθερά ηµι-κορεσµού για την αποξυγόνωση KRC day 0.05 Ρυθµός αναπνοής του KRT.0 Ρυθµός αναπνοής του στους 20 ο C Βέλτιστη τιµή έντασης του φωτός για την ανάπτυξη I s lux day 500000 KE m.0 Συντελεστής απορρόφησης ακτινοβολίας SOD mg O2 l per day m.8 Βενθική ζήτηση οξυγόνου SODT.07 Βενθική ζήτηση οξυγόνου στους 20 ο C T o o C 20 Βέλτιστη τιµή θερµοκρασίας 3. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΚΑΙ ΣΥΖΗΤΗΣΗ Στο Σχήµα 2 παρουσιάζονται τα αποτελέσµατα της προσοµοίωσης για το έτος 2006, όπου δίνεται η µεταβολή των συγκεντρώσεων των µεταβλητών φυτοπλαγκτόν, διαλυµένου οξυγόνου, αµµωνιακών αλάτων και νιτρικών αλάτων, καθώς και οι µετρήσεις πεδίου για τις αντίστοιχες µεταβλητές. Για να ελεγχθεί η ακρίβεια της προσοµοίωσης υπολογίζεται η µέση απόλυτη και η µέγιστη απόλυτη διαφορά µεταξύ των µετρηµένων και προβλεπόµενων από το µοντέλο τιµών. Επίσης εκτιµάται το µέσο τυπικό σφάλµα (Root Mean Square Error, RMSE. Για την µεταβλητή του, συγκρίνοντας τα αποτελέσµατα του µοντέλου µε τις µετρήσεις πεδίου προκύπτει ότι προσοµοίωση της συγκέντρωσής του είναι ικανοποιητική, αφού οι διαφορές είναι µικρές. Παρατηρείται µια σηµαντική αύξηση της συγκέντρωσης της χλωροφύλλης κατά τον µήνα Μάρτιο, γεγονός που εξηγείται από τη έκρηξη 6
λόγω των ευνοϊκών συνθηκών θερµοκρασίας και φωτός και της κατανάλωσης θρεπτικών αλάτων. Από τα µέσα Απριλίου και µετά η ανάπτυξη του περιορίζεται από το θάνατό του και την κατανάλωσή του από το ζωοπλαγκτό. Πίνακας 4: Σύγκριση µεταξύ τιµών του µοντέλου και των µετρήσεων Τυπικό σφάλµα (RMSE Μέση απόλυτη διαφορά Μέγιστη απόλυτη διαφορά Φυτοπλαγκτόν (PHY 0.52 0.00 0.450 Αµµωνιακά άλατα (NH3 0.30 0.02 0.286 Νιτρικά άλατα (NOX 0.57 0.09 0.379 Ορθοφωσφορικά άλατα (OPO4 0.58 0.29 0.297 ιαλυµένο άλατα (DO 3.667 2.983 6.945 Για το διαλυµένο οξυγόνο, τα αποτελέσµατα του µοντέλου φαίνεται να συµφωνούν µε τα δεδοµένα πεδίου. Η χρονική εξέλιξη του διαλυµένου οξυγόνου στη λιµνοθάλασσα προσεγγίζει αρκετά καλά τις µετρήσεις πεδίου, και εποµένως η προσοµοίωση της συγκέντρωσης του διαλυµένου οξυγόνου θεωρείται αρκετά ικανοποιητική. Από την κατανοµή του οξυγόνου κατά τη διάρκεια του χρόνου διαπιστώνεται ότι οι τιµές του διαλυµένου οξυγόνου ακολουθούν καθοδική πορεία από την αρχή µέχρι τους καλοκαιρινούς µήνες, ενώ στη συνέχεια από το Σεπτέµβριο και µετά η πορεία αυτή γίνεται ανοδική. Οι συγκεντρώσεις σύµφωνα µε την προσοµοίωση κυµαίνονται από µηδενικές µέχρι 2 mg Ο 2 /l. Η µέγιστη τιµή εµφανίζεται το χειµώνα περίπου στο τέλος Ιανουαρίου (.5 mg Ο 2 /l. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η διαλυτότητα του οξυγόνου στο νερό αυξάνεται µε τη µείωση της θερµοκρασίας. Οι χαµηλές συγκεντρώσεις διαλυµένου οξυγόνου τους θερινούς µήνες σχετίζονται µε τον ευτροφισµό ο οποίος εµφανίζεται στη λιµνοθάλασσα. Σχήµα 2: Σύγκριση προβλεπόµενων και µετρηµένων τιµών της συγκέντρωσης κάποιων φυσικοχηµικών παραµέτρων της λιµνοθάλασσας Ερατεινού για το έτος 2006. Για τα αµµωνιακά άλατα, το µοντέλο φαίνεται να υπερεκτιµά τις συγκεντρώσεις κυρίως τους µήνες Ιανουάριο µε Μάιο. Όµως φαίνεται προσοµοιώνει σωστά την µείωση της συγκέντρωσής τους περίπου από τον Απρίλιο, λίγο µετά δηλαδή από την έκρηξη κατά την οποία τα θρεπτικά άλατα καταναλώνονται από το φυτοπλαγκτό. 7
Τα νιτρικά άλατα φαίνεται να προσοµοιώνονται αρκετά καλά αφού οι διαφορές που παρατηρούνται µε τα δεδοµένα πεδίου κρίνονται ικανοποιητικές. Εξαίρεση αποτελεί η περίοδος από τα µέσα Απριλίου µέχρι τον Ιούνιο όπου το µοντέλο προβλέπει άυξηση της συγκέντρωσης των νιτρικών ενώ τα δεδοµένα πεδίου δείχνουν ότι οι συγκεντρώσεις µειώνονται εκείνη την περίοδο. Το µοντέλο φαίνεται να αδυνατεί να προσοµοιώσει τη µεταβολή της συγκέντρωσης των ορθοφωσφορικών αλάτων. Το φυτοπλαγκτό για την ανάπτυξή του καταναλώνει άλατα του φωσφόρου όποτε και η συγκέντρωσή τους µειώνεται µέχρι τον Απρίλιο και µετά δείχνει να είναι µηδενική κάτι που δεν είναι σύµφωνο µε τα πειραµατικά δεδοµένα. Σηµειώνουµε ωστόσο, ότι το µοντέλο δεν περιλαµβάνει τον όρο που περιγράφει την εσωτερική φόρτιση σε άλατα του φωσφόρου από τον πυθµένα για αυτό και η συγκέντρωσή τους εµφανίζεται µηδενική από τον Απρίλιο και µετά. Ο όρος αυτός θα βοηθούσε στην επαναφορά των ορθοφωσφορικών στη στήλη του νερού, γεγονός που θα σήµαινε την αύξηση της συγκέντρωσής τους στο νερό. 4. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Στην παρούσα εργασία αναπτύσσεται ένα βιογεωχηµικό µοντέλο για την προσοµοίωση των διεργασίων µιας λιµνοθάλασσας το οποίο επιλύθηκε µε τη χρήση της γλώσσας προγραµµατισµού STELLA. Η εφαρµογή έγινε στη λιµνοθάλασσα Ερατεινού για το έτος 2006. Το βιογεωχηµικό µοντέλο µπορεί να βελτιωθεί και να επεκταθεί προσθέτοντας περισσότερους όρους µε τους οποίους να προσοµοιώνονται η αναννεωσιµότητα µε το στόµιο, οι εισροές που οφείλονται στις µεταβολές της χρήσης γης και τις εισροές λόγω βροχοπτώσεων. Με αυτόν τον τρόπο το βιογεωχηµικό µοντέλο µπορεί να καταλήξει να γίνει ένα καθαρά επιχειρησιακό εργαλείο για την πρόβλεψη της ποιότητας νερού της λιµνοθάλασσας Ερατεινού και τη διατύπωση διαχειριστικών προτάσεων για τον περιορισµό του. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ. Sikora W.B. and Β. Kjerfve (985 Factors influencing the salinity of Lake Pontchartrain, Louisiana, a shallow coastal lagoon: analysis of a long term data set, Estuaries, 8: 70-80 2. Kjerfve B. (994 Coastal Lagoon Processes, Elsevier Science Publishers, Amsterdam, Netherlands, pp. 577 3. Crooks S. and R.K. TURNER (999 Intergraded coastal management: sustaining estuarine natural resources, pp. 24-289. In: Estuaries, edited by Nedwell D. B., Raffaelli D. G., Advances inecological research vol. 29, Academic Press. 4. Chapelle A., A. Menesguen, J.M. Deslous-Paoli, P. Souchu, N. Mazouni, A. Vaquer and B. Millet (2000 Modelling nitrogen, primary production and oxygen in a Mediterranean lagoon. Impact of oysters farming and inputs from the watershed Ecological Modelling, 27: 6 8 5. Tsihrintzis V.A., G.K. Sylaios, M. Sidiropoulou and E.T. Koutrakis (2007 Hydrodynamic modeling and management alternatives in a Mediterranean fishery exploited coastal lagoon Aquacultural Engineering, 36: 30 324. 6. Sylaios G. and V. Theocharis (2002 Hydrology and Nutrient Enrichment at Two Coastal Lagoon Systems in Northern Greece, Water Resources Management, 6: 7 96 7. Melaku Canu D., C. Solidoro and G. Umgiesser (2003 Modelling the responses of the Lagoon of Venice ecosystem to variations in physical forcings Ecological Modelling, 70: 265-289 8